Статья: Методика прогнозирования контуров капельного увлажнения почв на склоновых землях

3

1

МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОНТУРОВ КАПЕЛЬНОГО УВЛАЖНЕНИЯ ПОЧВ НА СКЛОНОВЫХ ЗЕМЛЯХ

УДК 631.674.6:631.61

DOI: 10.31774/2222-1816-2019-4-72-87

А.С. Штанько, В. Н. Шкура

Российский научно-исследовательский институт

проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация

Цель исследования - разработка методики прогнозирования размеров и построения очертания локальных контуров капельного увлажнения почвогрунтовой толщи, формирующихся на склоновых землях. Очевидным достоинством систем капельного орошения земель является возможность их применения для полива растений, культивируемых на уклонных земельных угодьях, где другие технологии орошения не могут быть реализованы. Материалы и методы. В процессе исследований установлено, что форма, расположение и параметры склоновых контуров отличаются от их параметров, установленных в условиях горизонтальных капельно поливаемых участков. Имеющие место качественные и количественные отличия в параметрах склоновых и равнинных контуров установлены в процессе их исследований, выполненных на разноуклонных участках садовых древесных культур, произрастающих на средне- и маломощных черноземах степной зоны Ростовской области. Результаты. При уклоне земной поверхности участка 3° угол отклонения оси контура от вертикали составил 14°, при 5° - 20°, а при 9° - 22°. Кроме этого, при обработке результатов опытных исследований установлены коэффициенты деформации верховой и низовой части контуров, формируемых на склоновых землях, которые для уклона земной поверхности 3° составили 0,89 и 1,10 соответственно, для 5° - 0,76 и 1,25 соответственно, для 9° - 0,61 и 1,40 соответственно. Выводы. В результате проведенных исследований предложена методика определения геометрических и влажностных параметров и разработан способ построения очертаний локальных контуров капельного увлажнения черноземных почв, формирующихся на капельно увлажняемых ландшафтах с различными уклонами земной поверхности. В основу предложенной методики положены разработанные авторами способ и методика прогнозирования параметров и построения локальных капельных контуров, формирующихся на безуклонных орошаемых участках.

Ключевые слова: капельное орошение; склоновые земли; контур капельного увлажнения; параметры контуров влажности; методика прогнозирования контуров.

The purpose of the study was to develop the methodology for predicting the size and design of the outlines of local contours of soil depth drip irrigation that are formed on slopes. The obvious advantage of drip irrigation systems is the possibility of their application for irrigating plants cultivated on sloping land, where other irrigation methods cannot be used.

Material and Methods. During the research it was found that the shape, location and parameters of the slope contours differ from their parameters determined under the conditions of horizontal drip irrigated sites. The available qualitative and quantitative differences in the slope and plain contours parameters were determined in the course of their research carried out on different slopes of plots with orchard tree crops growing on medium- and thin chernozems of the steppe zone of Rostov Region. Results. With a 3° slope of the land surface, the angle of deviation of the contour axis from the vertical line was 14°, at 5° - 20° and at 9° - 22°. Besides while processing the results of experimental studies, the deformation coefficients of the upper and lower parts of the contours formed on slopes were determined which were 0.89 and 1.10 for a land surface slope of 3°, respectively, for 5° - 0.76 and 1.25 respectively, for 9° - 0.61 and 1.40, respectively. Conclusion. As a result of the studies the methodology for determining geometric and moisture parameters was proposed and a method for designing the outlines of the local contours of drip irrigation of chernozem soils formed on drip-irrigated landscapes with different slopes of the land surface was developed. The method and technique developed by the authors for predicting parameters and designing local drip contours formed on steady irrigated areas are the basis of the proposed methodology.

Key words: drip irrigation; slopes; drip irrigation contour; moisture contour parameters; contour prediction technique.

влажностные параметры капельное орошение склон

Введение

В современной практике орошаемого земледелия все большее распространение получает культивирование многолетних плодовых и ягодных древесных и кустарниковых растений на склоновых землях при капельном поливе. Создание и продуктивность таких насаждений сдерживаются отсутствием должного обоснования устройства и использования для их орошения «склоновых» капельных оросительных систем. Известные разработки в области прогнозирования геометрических и влажностных параметров контуров капельного увлажнения почвы, а также агрофизических характеристик почв, предложенные А. С. Овчинниковым, В. С. Бочарниковым, М. П. Мещеряковым, А. И. Головановым, Д. Е. Кучером, А. В. Шуравилиным и другими исследователями [1-3], не учитывают в полной мере влияние уклона земной поверхности капельно орошаемого участка на параметры формируемых контуров влажности почвы. Ранее выполненными исследованиями установлены отличия в параметрах зон капельного увлажнения, формирующихся на равнинных и склоновых орошаемых ландшафтах [4]. Кроме этого, факты трансформации и отличия локальных контуров влажности на безуклонных и склоновых землях были зафиксированы О. Е. Ясониди, М. К. Гаджиевым, И. К. Кулиничем, Ю. С. Уржумовой, М. Ю. Храбровым и другими исследователями в области капельного орошения [5-10]. Примерами тому являются схемы контуров капельного увлажнения почвы, приведенные на рисунке 1.

а - очертание локального контура для безуклонных условий его формирования при = 0°; б - при наличии уклона земной поверхности, т. е. при > 0°; 1 - капельница; 2 - контур капельного увлажнения почвы; 3 - ось контура увлажнения; 4 - поверхность земли; - угол наклона земной поверхности к горизонту, °; - угол отклонения оси контура от вертикали (оси капания), °; - радиус контура увлажнения на глубине , формируемого при = 0°, м; и - расстояния от оси контура до его границ в верховой и низовой его частях соответственно на глубине , м

Рисунок 1 - Схемы очертаний контуров капельного увлажнения, формируемых в подкапельном почвенном пространстве на равнинных (а) и уклонных (б) участках капельного увлажнения почв

В соответствии с приведенными на рисунке 1 схемами профилей локальных контуров капельного увлажнения почв на склонах имеет место асимметричность их формы с определенным эксцессом в направлении уклона земной поверхности. В отличие от сечений контуров, формирующихся на безуклонных участках, при наличии уклонов поверхности земли имеет место отклонение оси контура от вертикали и неодинаковое смещение очерчивающих его граничных линий от оси контура вверх и вниз по уклону местности. При этом величина отклонения оси контура от вертикали и удаленность от нее оконтуривающих изоплет определяются величиной уклона поверхности земли. Определение значений вышеуказанных отклонений было поставлено задачей экспериментальных исследований, а целью работы определена разработка методики прогнозирования размеров и построения очертания локальных контуров капельного увлажнения почвогрунтовой толщи, формирующихся на склоновых землях.

Материалы и методы

Основу экспериментального материала составили данные натурных исследований контуров увлажнения, проведенных на четырех участках с уклонами земной поверхности, составляющими 3, 5, 6 и 9°, почвенный покров которых представлен средне- и слабомощными малогумусными черноземами. Измерение контуров и обработка полученных опытных данных проводились в соответствии с методиками и рекомендациями, приведенными в работах В. Н. Шкуры, Д. Л. Обумахова, А. Н. Рыжакова, О. Е. Ясониди [4, 5]. При проведении обобщений и получении экспериментальных зависимостей принята рабочая гипотеза о возможности использования известной методики определения геометрических и влажностных параметров контуров и графоаналитического способа построения их очертаний и внутриконтурных изоплет, формирующихся на безуклонных участках [11], при соответствующей их адаптации к условиям склонов. При этом принимается, что площади вертикального и горизонтального сечений контуров, их площади и объемы в равнинных и склоновых условиях их формирования остаются одинаковыми.

Результаты и обсуждение

В результате обработки опытных данных и в соответствии с рабочей гипотезой и рисунком 1б были установлены функциональные связи , , .

Опытные данные по значениям (угла наклона земной поверхности к горизонту) и (угла отклонения оси контура от вертикали), графическая интерпретация функциональной связи и описывающая ее экспериментальная зависимость приведены в таблице 1 и на рисунке 2.

Таблица 1 - Опытные данные по значениям угла наклона земной поверхности к горизонту и угла наклона оси контура

В °

Рисунок 2 - График функциональной связи

Опытные значения относительных параметров и (где и - коэффициенты деформации верховой и низовой части контура увлажнения соответственно; и - удаленность точек контура капельного увлажнения вверх и вниз по склону от его оси; - среднее значение радиуса контура при определенном значении его заглубленности от поверхности земли) для различных значений приведены в таблице 2, а функциональные зависимости , приведены на рисунке 3.

Таблица 2 - Опытные данные по значениям параметров , и

Использование приведенных на рисунках 2 и 3 экспериментальных зависимостей позволяет ввести в известную методику определения параметров локальных контуров увлажнения [8] коррективы, позволяющие использовать ее базовые положения для случая формирования локальных контуров капельного увлажнения на склоновых землях. Существо предлагаемой методики расчета параметров и способа построения очертания контуров влажности почвы заключается в последовательном выполнении ряда нижеприведенных расчетных и графических операций.

Рисунок 3 - Графики функциональных связей
и

1 Устанавливаются исходные данные для расчета геометрических и влажностных параметров контуров капельного увлажнения почвы, которыми являются: среднее значение содержания в капельно увлажняемом почвенном слое физической глины , измеряемое в процентах от массы абсолютно сухой почвы (% МСП); средняя по глубине увлажняемого слоя наименьшая влагоемкость почвы в пределах слоя увлажнения в % МСП; средняя по увлажняемому слою плотность сложения («объемная масса») увлажняемого слоя почвы в т/м³; средняя величина дополивной влажности почвы в пределах глубины увлажняемого почвенного слоя в % МСП или в долях или процентах от - влажности почвы, соответствующей наименьшей влагоемкости (уровень дополивной влажности превышает значения влажности завядания и обычно составляет 0,6-0,75 ); величина средней по увлажняемому слою постполивной влажности почвы , обычно составляющей 0,85-0,95 и учитывающей влаголюбивость растений, произрастающих в определенных почвенно-влажностных условиях, измеряемая по аналогии с в % МСП или % от ; глубина слоя
(контура) увлажнения («промачивания») почвы, базирующаяся на учете глубины распространения основной части корней корневой системы растений , м; угол наклона земной поверхности склона к горизонту , °. Глубина локального контура капельного увлажнения почвы , м, для значения (уровня) влажности изоплеты (она же ) принимается равной требуемой для корневой системы растений глубине увлажнения почвогрунтовой толщи , м.

2 Определяется величина поливной нормы на одну капельницу
(объема водоподачи) , л/кап., обеспечивающая формирование локального контура капельного увлажнения подкапельного почвогрунтового пространства, характеризуемого определенными по п. 1 значениями , и , с требуемой глубиной = = , по зависимости вида:

.

3 Устанавливается значение заглубленности в почвогрунтовую толщу изоплеты , м, с влажностью почвенного пространства, соответствующей , % МСП, по экспериментальной зависимости: